阻燃硬質聚氨酯泡沫高效復配體系研究新成果

聚氨酯（PU）材料因其良好的綜合性能，廣泛應用於許多領域，其中硬質聚氨酯泡沫（RPUF）具有良好的力學效能，常被用於建築隔熱材料。 然而，由於高度易燃性，RPUF的應用受到很大限制。

上海同濟大學王國建教授

利用奈米結構氧化鋅（ZnO），沸石和蒙脫土（MMT）等與傳統磷阻燃劑相結合，製備了阻燃硬質聚氨酯泡沫塑膠（RPUF）。其含磷阻燃劑包括磷酸銨（APP）和甲基膦酸二甲酯（DMMP）。前者主要在凝相中起作用，後者主要在氣相中起作用。

研究結果表明：使用奈米結構新增劑（Nanos）可有效降低RPUF的熱釋放速率並可在材料表面形成高保護性的炭層。此外，結果顯示，當不同量的Nanos與APP和DMMP共同使用時，隨著新增量的不同，RPUF表現出不同的燃燒效能。 ZnO和MMT可有效降低RPUF的熱釋放速率，但最大熱釋放速率沒有降低；沸石/DMMP/APP阻燃劑體系的RPUF的熱釋放速率（HRR）可降至為91kW/m 2，與單純使用DMMP / APP阻燃體系的RPUF相比，其PHRR值降低26％，此外，該配方下的RPUF極限氧指數（LOI）可提升至29。5％。

圖1 PU及其複合材料的TGA曲線

透過進一步研究發現奈米結構和奈米磷阻燃劑之間的相互作用對於複合材料阻燃效能的提升至關重要。研究者首先透過共混的方式將阻燃劑與RPUF按不同配方與配比等製備成複合材料，隨後分別對不同配方的複合材料進行熱效能、燃燒效能評估。

圖2 PU及DMMP/APP/PU複合材料的HRR曲線

TGA測試結果顯示，APP的引入提高了複合材料的初始分解溫度，且其引入可以有效促進聚合物成炭；DMMP的引入可使複合材料的整體分解速率趨於平緩；而將APP與DMMP共同使用可兼具兩者共同優點。CONE測試結果顯示，APP與DMMP共同使用可使HRR值由純PU的207kW/m2降至123kW/m2，表明了複合材料的低可燃性。最後，研究者發現引入ZnO，MMT後，複合材料的HRR，THR，煙釋放量等都有下降，顯示了該阻燃體系的良好功效。

圖3 ZnO和MMT等加入後複合材料的CONE測試曲線

最後，研究者對該體系阻燃機理進行總結：APP主要作用於凝聚相，主要體現在成炭性；DMMP主要體現為氣相機理；而ZnO和MMT作為新增劑可對阻燃效能的提升其進一步促進作用。